淺談攔河圍堰填筑新工藝的應(yīng)用

一、概述

水工建筑物施工需進(jìn)行先筑堰圍水的前期工作，通常就地取土填入選擇的堰址上，逐步堆積形成攔河圍堰。由于筑堰土料的性質(zhì)不同，堰基堆積的淤土厚度不同，再加之水情與工況的不同，隨著填土高度的增高，一旦上下游形成一定的水頭差，且堰址淤泥土又不能承受上部堰體的重量，就會(huì)在交界面形成較大的滑動(dòng)面，導(dǎo)致沉陷和坡面滑動(dòng)的產(chǎn)生。

一般河床中積淤厚度可達(dá)到2m 左右，由于土料直接倒入淤泥中，淤泥的含水量達(dá)到40%以上，其可塑性和流動(dòng)性較大，土料入淤后，會(huì)形成“淤抱土”。隨著堰體的增高，此時(shí)淤抱土受到了重壓力的作用，形成了液化，就會(huì)導(dǎo)致淤泥土量的增加。隨著堰體斷面的加大，滑動(dòng)面上移，從而形成較大的沉陷和滑動(dòng)，就會(huì)將原來堰基的部分淤泥擠出，同時(shí)拉動(dòng)部分液化的填筑土料，一起滑向堰外。根據(jù)對(duì)填筑堰滑動(dòng)情況進(jìn)行分析，由于堰基內(nèi)的滑動(dòng)擠淤并不是一次性完成的，一般會(huì)歷經(jīng)數(shù)次滑動(dòng)，當(dāng)堰基承載力達(dá)到或大于堰身載荷后，才會(huì)逐步使堰體趨向穩(wěn)定，其穩(wěn)定過程必然誘發(fā)一系列工程安全方面的問題。

如何解決筑堤土料和堰基淤泥的隔絕，使填筑土料形成有機(jī)的整體，減小滑動(dòng)面的上移，是必須重點(diǎn)研究解決的問題。在堰基未填筑前，利用土工布作為隔絕鋪墊材料，使筑堰土料與基面淤土隔離，隨著高度增加，堰體通過自身的重力，可將堰基淤泥擠出。采用沉排的施工工藝，不僅能保證堰體的整體安全，也可確保前期工程進(jìn)度，有效控制工程投資，也有利于節(jié)約土地資源，避免因筑堰損失造成的土地?zé)o故開挖而荒廢的情況。從某種意義上講，這對(duì)保護(hù)工程所在地的生態(tài)環(huán)境也有著積極的意義。

二、土堰填筑出現(xiàn)的問題

土堰填筑常用于大中型水利工程的施工過程中。以山東省境內(nèi)兩個(gè)老閘加固工程為例（A、B二閘），這兩個(gè)閘均屬于大型水利一類工程。工程位于湖區(qū)蓄水高水位與下游輸水河道低水位交界處，其河底的寬度在70m 左右，水面寬度在100m左右，圍堰填筑深度為6.0m（38～44m），堰前水位5m，堰址淤泥厚度達(dá)到2m 左右。填筑過程中采用了征地取土筑堰的施工方法，就地取土并直接倒入堰址上，當(dāng)堰體形成后受到堰體重量和堰前水壓力的作用，發(fā)生了不同程度的堰體滑動(dòng)。根據(jù)施工記錄，A 河節(jié)制閘施工堰填筑期間，發(fā)生了4 次較大的變形，堰內(nèi)外水位差在1.5～2.0m，堰基向背水面位移了5m，垂直位移達(dá)到了2.5m 左右，依據(jù)施工前閘身引水段測(cè)量圖，清淤量為1.5 萬m3。而當(dāng)堰體填筑驗(yàn)收后，由于坡面的滑動(dòng)，淤積量增加到6.5萬m3。圍堰未筑之前河床淤積高度為20cm 左右，且閘門啟閉基本自如。由于在填筑過程中出現(xiàn)擠淤滑動(dòng)，造成河床淤積量增加，閘門處淤泥淤至胸墻，導(dǎo)致閘門無法啟動(dòng)。B 河節(jié)制閘由于原有的堰址淤泥厚度為1～1.5m，當(dāng)基本達(dá)到堰體填筑要求后，堰體初步形成后進(jìn)行區(qū)內(nèi)抽水，內(nèi)外水位差為1.8m，前后發(fā)生了3 次較大的變形，原有堰體設(shè)計(jì)的土方為6.0 萬m3，由于堰身發(fā)生滑動(dòng)，向背水面產(chǎn)生的水平位移達(dá)到2.0m，垂直位移為1.8m，最后整個(gè)堰體形成后的土方量為9 萬m3左右，堰體實(shí)際變形土方3.0 萬m3。通過以上兩個(gè)攔河圍堰施工發(fā)生的狀況進(jìn)行分析，均是由于堰基與堰體交界面產(chǎn)生了滑動(dòng)面，而形成較大的堰體失穩(wěn)，淤基在產(chǎn)生第一次滑動(dòng)后不久，堰體內(nèi)裂縫深度的展開，堰基原有淤泥層面連帶動(dòng)著筑堰土料，受浸蝕后產(chǎn)生擾動(dòng)影響，填料土被液化為類似淤泥土，滑動(dòng)面上移，形成滑動(dòng)向外擠壓。根據(jù)以上兩個(gè)實(shí)例，可見利用土堰自身重力擠淤（堰基），這種方法損失太大，一般會(huì)使堰體的三分之一土料變?yōu)橛倌啾粩D出堰體外，尤其在堰體施工期間，經(jīng)常會(huì)造成堰體失穩(wěn)。在工程初期不僅影響工程的順利開工，甚至?xí)斐砂踩鹿省Ｒ虼藢?duì)攔河堰圍堰填筑進(jìn)行安全性專家認(rèn)證，以及圍堰竣工后進(jìn)行驗(yàn)收十分必要。

三、新工藝的推廣模式——軟體沉排

1.淤泥層較厚排體布置形式

淤泥層超過3m，可采用復(fù)合體沉排。對(duì)排體進(jìn)行局部段加筋，并布設(shè)一定的拉扣套置在岸邊的樁位上。由于圍堰填筑發(fā)生在冬天，且河床水深達(dá)到5m 以上，為便于施工，將裝好的織袋土放置在堰體的囊中，囊口深度為1.5～2m，當(dāng)堰體形成一定的重量后，逐步放置兩側(cè)的拉繩沉入水中。囊口一方面起到使堰體均勻下沉作用，另一方面可以隨著堰體重量的增加，使囊口內(nèi)填充物逐步插入淤泥中，在軟體沉排與淤泥交界面形成滑動(dòng)時(shí)，囊口內(nèi)填充物可以起到一定的阻滑作用，從而使滑動(dòng)面在垂直向下的作用力與側(cè)向力作用下，提高軟排與淤層交界面摩阻系數(shù)，有效地減小較大滑動(dòng)面的產(chǎn)生，使土料得到充分有效的使用。

2.淤泥層較淺的軟體沉排布置形式

一般淤泥層在2m 左右，沉排相對(duì)簡(jiǎn)單。某翻水站攔河堰堰前水深為4.84m，堰基寬度為61.68m；下游堰前水深6.5m，堰基寬度為73.68m。堰基填筑前，采用土工格柵作為堰基鋪墊材料，在堰左右岸的格柵上倒土，兩道土堰共6 萬m3，從施工到堰的成形，均未發(fā)生較大的沉降變形，尤其在進(jìn)行站塘區(qū)間內(nèi)排水到位后，發(fā)現(xiàn)二道堰擠淤較為理想。堰體在自重作用下，被擠出的淤泥在左右岸兩邊較深，一般在1.5～2.0m 左右。施工運(yùn)行期70 天內(nèi)，對(duì)7個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)（上下游布置同數(shù)量測(cè)點(diǎn)）的監(jiān)測(cè)成果匯總后發(fā)現(xiàn)，攔河堰體上游垂直與水平位移分別為7mm 和6mm，下游垂直與水平位移分別為6mm和4mm。沉排后，攔河堰處于安全狀態(tài)，也有效地節(jié)約了工程成本。

四、效果分析

1.綜合效益

采用土工布復(fù)合材料作為軟體沉排排體，并根據(jù)施工的實(shí)際需求，對(duì)堰體進(jìn)行設(shè)計(jì)改造，節(jié)省了筑堰土料的使用，對(duì)節(jié)約土地資源有一定的積極意義；更好地解決了堰體填筑后無規(guī)則的變形，形成了有序可控的變形；更好地解決了筑堤土料受淤土的包裹，造成堰體重量的增加，形成滑動(dòng)面上移情況的發(fā)生，有力保障了堰體施工過程和運(yùn)行后的安全穩(wěn)定。

2.經(jīng)濟(jì)效益

以A、B 二閘實(shí)際發(fā)生的成本為例，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析。

B 河節(jié)制閘：從工程成本分析，采用排體的增加費(fèi)用:D1=面積×單價(jià)費(fèi)用=60m×50m×15 元/m2=45000 元；土堰施工由于堰體的滑動(dòng)形成的土方增加費(fèi)用：D2=土方量×單價(jià)。打拆堰費(fèi)用30 元/m3（中標(biāo)價(jià)），土地征用費(fèi)用每畝為30000 元，則30000m3/2m=15000m2=22.50 畝，土地征用費(fèi)為30000×22.50=675000 元，土方費(fèi)用D2=30×30000+675000=1575000 元＞D1，D2∶D1=35∶1。

A 河節(jié)制閘：從工程成本分析，采用排體的增加費(fèi)用:D1=面積×單價(jià)費(fèi)用=70m×55m×15 元/m2=57750 元；土堰施工由于堰體的滑動(dòng)形成的土方增加費(fèi)用：D2=土方量×單價(jià)。打拆堰費(fèi)用30元/m3（中標(biāo)價(jià)），土地征用的費(fèi)用每畝為30000元，則50000m3/2m=25000m2=37.5 畝，筑堤土方土地征用費(fèi)用為30000×37.5=1125000 元，故整個(gè)土方費(fèi)用D2=30×50000+1125000=2625000 元＞D1，D2∶D1=45.5∶1。

五、結(jié)論

從施工整體安全效果以及結(jié)合實(shí)際的經(jīng)濟(jì)效果來看，攔河堰采用軟體沉排的形式，不僅能較好地提高堰體安全性，而且能節(jié)約投資和推進(jìn)工程進(jìn)度，綜合效益十分顯著。如何選擇合適的軟排設(shè)置，應(yīng)在加強(qiáng)工藝性研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)具體情況進(jìn)行布置，使之在實(shí)踐中進(jìn)一步完善和提高■